The role of fault zones on structure, operation and prospects of geothermal reservoirs - A case study in Lahendong, Indonesia

Abstract

Der weltweit steigende Energiebedarf stellt die Menschheit vor immer größere Herausforderungen. Im Angesicht des Klimawandels und der begrenzten Verfügbarkeit von fossilen Energieträgern liegt eine besondere Verantwortung bei der Entwicklung von erneuerbaren Energieressourcen. Dabei spielt die Geothermie eine besondere Rolle, da sie zur Deckung der Grundlast geeignet ist. Zu der Bewertung von geothermischen Potentialen leisten die Geowissenschaften einen großen Beitrag. Das geothermische Potential eines Standorts hängt vor allem von der Art und Ausbreitung von Störungszonen ab, da sie wesentlich den Grundwasserfluss kontrollieren. In dieser Arbeit werden verschiedene geowissenschaftliche Methoden miteinander kombiniert, um die Wirksamkeit von Störungszonen zu bewerten. Strukturgeologische Kartierungen und hydrogeologische Felduntersuchungen erklären die Ausbreitung und hydraulische Funktion von Störungszonen im Untersuchungsgebiet. Geohydrochemische Untersuchungen geben Auskunft über Fluid- und Gesteinszusammensetzung und deren Wechselwirkungen. Numerische Simulationen des Gebietes zeigen, dass sowohl Störungszonen als auch Fluideigenschaften wichtig für die Verteilung von Druck und Temperatur im Reservoir sind. Das Untersuchungsgebiet ist das Hochenthalpy-Geothermiefeld Lahendong in Sulawesi (Indonesien). Ein Kraftwerk produziert hier 80 MW Elektrizität. Die ersten Untersuchungen im Gebiet starteten in den 1970er Jahren. Jedoch sind Genese und Verteilung der thermalen Wässer noch nicht komplett verstanden. Das aktuelle konzeptionelle Modell zeigt eine Aufteilung in mehrere Reservoirbereiche. Die verschiedenen Bereiche sind durch horizontal impermeable Störungszonen voneinander getrennt. Den nördlichen Bereich kennzeichnen saure Wässer und den südlichen Teil pH-neutrale Wässer. Auch die Produktivität variiert stark zwischen den beiden Reservoirbereichen. In vertikaler Richtung sind Störungszonen jedoch durchlässig, was dazu führt, dass heiße Quellen entlang von Störungen oder deren Kreuzungspunkten auftreten. Die Reservoirgesteine in Lahendong sind basaltische Andesite, Tuffe und vulkanische Brekkzien. Die Permeabilitätsverteilung der Störungszonen wird durch die Ausbreitung von Rissen kontrolliert. Risse sind vor allem in der Bruchzone der Störung verbreitet, was zu einer hydraulischen Durchlässigkeit parallel zur Störung führt. Die Unterteilung des Reservoirs in Lahendong wird durch diese Rissverteilung bestimmt. Der nördliche saure Teil des Reservoirs ist durch höhere Produktivitätsraten, Gasaustritte an der Oberfläche und stark alterierte und geklüftete Gesteine im Untergrund charakterisiert. Der südliche Abschnitt ist heißer und hat weniger stark alterierte Gesteine. Die beobachteten Reservoireigenschaften wurden von hydrochemischen und hydraulischen Modellierungen bestätigt. Der Grundwasserfluss mit Neubildung und Austritten aus dem Reservoir ist im Gelände und im Modell vor allem durch Störungszonen kontrolliert. Jedoch ist der Grundwasserfluss auch durch den Aggregatzustand des Wassers beeinflusst. Für die Modellierung von 2-Phasen-Ausbreitung müssen die Permeabilitäten angepasst werden, um gleiche Temperatur- und Druckbedingungen zu modellieren. Der Hauptbeitrag dieser Arbeit liegt in der Demonstration, dass eine systematische strukturgeologische Analyse für das Verständnis von Grundwasserfluss in geothermischen Reservoiren unentbehrlich ist. Es wurde bestätigt, dass die Kombination von tektonischen, hydrogeologischen und geohydrochemischen Informationen den wichtigsten Beitrag für das Verständnis von Grundwasserströmungen leistet. Die Grundwasserströmung ist der wichtigste Faktor für die Wahl des richtigen Standortes für Produktion und Injektion in geothermischen Feldern. Eine detaillierte Analyse gewährleistet eine nachhaltige Nutzung des Feldes und verringert Risiken, wie schwach produzierende Bohrungen oder die Produktion von stark korrosiven Wässern. Auf dieser Grundlage kann eine Felderweiterung geplant werden, wie es in Lahendong angedacht ist.